JP2010258479A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 発光装置において、高光度が得られると共に演色性に富んだ白色光を得ること。
【解決手段】 青色LED11と、緑色LED12と、青色LED11からの青色光を励起光として吸収して黄色系の蛍光を発する黄色蛍光体14と、緑色LED12からの緑色光を励起光として吸収して赤色系の蛍光を発する赤色蛍光体15と、を備え、黄色蛍光体14が分散混入された黄色封止樹脂26Aにより青色LED11が被覆された青黄発光部21と、赤色蛍光体15が分散混入された赤色封止樹脂26Bにより緑色LED12が被覆された赤緑発光部22と、を備え、黄色蛍光体14と赤色蛍光体15とが、それぞれ黄色封止樹脂26A及び赤色封止樹脂26Bに分けられて互いに密接して配されている。
【選択図】 図2
【解決手段】 青色LED11と、緑色LED12と、青色LED11からの青色光を励起光として吸収して黄色系の蛍光を発する黄色蛍光体14と、緑色LED12からの緑色光を励起光として吸収して赤色系の蛍光を発する赤色蛍光体15と、を備え、黄色蛍光体14が分散混入された黄色封止樹脂26Aにより青色LED11が被覆された青黄発光部21と、赤色蛍光体15が分散混入された赤色封止樹脂26Bにより緑色LED12が被覆された赤緑発光部22と、を備え、黄色蛍光体14と赤色蛍光体15とが、それぞれ黄色封止樹脂26A及び赤色封止樹脂26Bに分けられて互いに密接して配されている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、演色性に優れバックライトや照明源として好適な発光装置に関する。
近年、光度価格比の高いパッケージとして補色関係にある青色LED(発光ダイオード)と黄色蛍光体との組み合わせによる混色で、白色系の発光を得るLED装置が市販されているが、演色性(照明で照らしたときに自然な色合いの発色が得られる指数)が低いという不都合があった。すなわち、青色LEDと黄色蛍光体との組み合わせでは、緑色成分及び赤色成分の両スペクトルが含まれていない又は弱いため、液晶ディスプレイのバックライトや照明用光源用等としては、演色性が十分でなかった。
このため、従来、演色性の向上を図るために、例えば、特許文献1には、図7の(a)に示すように、青色系のLED1の周囲を覆う封止樹脂2中に緑色蛍光体3及び赤色蛍光体4の両方を分散させることで、光の三原色を出して演色性を高める技術が提案されている。
また、特許文献2には、図7の(b)に示すように、紫外光LED5の周囲を覆う封止樹脂6中に青色蛍光体7、緑色蛍光体3及び赤色蛍光体4のそれぞれを分散させることにより、光の三原色を出して演色性を高める技術も提案されている。
また、特許文献2には、図7の(b)に示すように、紫外光LED5の周囲を覆う封止樹脂6中に青色蛍光体7、緑色蛍光体3及び赤色蛍光体4のそれぞれを分散させることにより、光の三原色を出して演色性を高める技術も提案されている。
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の方式である青色系のLED1や紫外光LED5の単色LEDと、青色、緑色及び赤色の複数色の蛍光体3、4、7と、を組み合わせて光の三原色を得る技術では、演色性が向上するものの蛍光効率が悪く、要求光度を得ることが困難であった。すなわち、単色LEDの単色光で複数色の蛍光体を励起しなければならず、単色光の高い輝度が要求されると共に単色光に対する各蛍光体の蛍光効率が異なるため、十分な光度及びより良好な演色性を得ることができなかった。
従来の方式である青色系のLED1や紫外光LED5の単色LEDと、青色、緑色及び赤色の複数色の蛍光体3、4、7と、を組み合わせて光の三原色を得る技術では、演色性が向上するものの蛍光効率が悪く、要求光度を得ることが困難であった。すなわち、単色LEDの単色光で複数色の蛍光体を励起しなければならず、単色光の高い輝度が要求されると共に単色光に対する各蛍光体の蛍光効率が異なるため、十分な光度及びより良好な演色性を得ることができなかった。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、高光度が得られると共に演色性に富んだ白色光を得ることができる発光装置を提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の発光装置は、青色系の半導体発光素子と、緑色系の半導体発光素子と、前記青色系の半導体発光素子からの青色光を励起光として吸収して黄色系の蛍光を発する黄色蛍光体と、前記緑色系の半導体発光素子からの緑色光を励起光として吸収して赤色系の蛍光を発する赤色蛍光体と、を備え、前記黄色蛍光体が分散混入された黄色封止樹脂により前記青色系の半導体発光素子が被覆された青黄発光部と、前記赤色蛍光体が分散混入された赤色封止樹脂により前記緑色系の半導体発光素子が被覆された赤緑発光部と、を備え、前記黄色蛍光体と前記赤色蛍光体とが、それぞれ前記黄色封止樹脂及び前記赤色封止樹脂に分けられて互いに密接して配されていることを特徴とする。
この発光装置では、青色系の半導体発光素子からの青色光と、黄色蛍光体からの黄色光と、緑色系の半導体発光素子からの緑色光と、赤色蛍光体からの赤色光と、をそれぞれ放出することで、R(赤)/G(緑)/B(青)の光の三原色及び青色と補色関係の黄色が得られて、優れた演色性を有することができる。また、2つのLED等の半導体発光素子で蛍光体を励起することにより、高い光度を得ることができると共に、2つの半導体発光素子の相互の発光強度を調整することにより、演色性や色温度の調整が可能となる。
また、この発光装置では、青黄発光部及び赤緑発光部において、黄色蛍光体と赤色蛍光体とが別々の封止樹脂に分散混入されると共に黄色蛍光体と赤色蛍光体とがそれぞれ黄色封止樹脂及び赤色封止樹脂に分けられて互いに密接して配され、それぞれ個別に青色系の半導体発光素子の青色光及び緑色系の半導体発光素子の緑色光で励起されるので、効率的に黄色蛍光及び赤色蛍光を得ることができる。したがって、青色系及び緑色系の半導体発光素子が一体に被覆される場合では、それぞれの半導体発光素子の励起光で得られた蛍光が、組み合わせの異なる蛍光体に遮られてしまい、その分の光度が減少してしまうが、この発明では、単色励起光と単色蛍光体とを一対一でそれぞれ個別に被覆することで、他の蛍光体に遮光されてしまうことを抑制することができる。
また、本発明の発光装置は、前記青色系の半導体発光素子の発光波長帯域が、470〜490nmであり、前記緑色系の半導体発光素子の発光波長帯域が、490〜520nmであることを特徴とする。
また、本発明の発光装置は、前記赤色蛍光体が、Euが固溶したCaAlSiN3蛍光体であることを特徴とする。すなわち、この発光装置では、Euが固溶したCaAlSiN3蛍光体を用いるので、緑色光を励起光として吸収して赤色光の蛍光を高効率に発することが可能になり、より強い赤色成分を得ることができる。
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る発光装置によれば、青色系の半導体発光素子からの青色光と、これを励起光とした黄色蛍光体からの黄色光と、緑色系の半導体発光素子からの緑色光と、これを励起光とした赤色蛍光体からの赤色光と、をそれぞれ放出するので、高い光度で優れた演色性を有する白色光を得ることができると共に、上記2つの半導体発光素子の発光強度調整で演色性や色温度の調整が可能となる。また、黄色蛍光体と赤色蛍光体とがそれぞれ黄色封止樹脂及び赤色封止樹脂に分けられて互いに密接して配され、それぞれ個別に青色系の半導体発光素子の青色光及び緑色系の半導体発光素子の緑色光で励起されるので、効率的に黄色蛍光及び赤色蛍光を得ることができる。したがって、この発光装置を用いた照明装置によれば、RGBのカラーフィルタを使用した液晶ディスプレイのバックライト、メータやインジケータ等の照明光源として、高輝度で演色性に優れた白色照明が可能になると共に、演色性や色温度の調整により表現力を格段に向上させることができる。
すなわち、本発明に係る発光装置によれば、青色系の半導体発光素子からの青色光と、これを励起光とした黄色蛍光体からの黄色光と、緑色系の半導体発光素子からの緑色光と、これを励起光とした赤色蛍光体からの赤色光と、をそれぞれ放出するので、高い光度で優れた演色性を有する白色光を得ることができると共に、上記2つの半導体発光素子の発光強度調整で演色性や色温度の調整が可能となる。また、黄色蛍光体と赤色蛍光体とがそれぞれ黄色封止樹脂及び赤色封止樹脂に分けられて互いに密接して配され、それぞれ個別に青色系の半導体発光素子の青色光及び緑色系の半導体発光素子の緑色光で励起されるので、効率的に黄色蛍光及び赤色蛍光を得ることができる。したがって、この発光装置を用いた照明装置によれば、RGBのカラーフィルタを使用した液晶ディスプレイのバックライト、メータやインジケータ等の照明光源として、高輝度で演色性に優れた白色照明が可能になると共に、演色性や色温度の調整により表現力を格段に向上させることができる。
以下、本発明に係る発光装置の第1参考技術を、図1を参照しながら説明する。
第1参考技術の発光装置10は、図1に示すように、青色LED(青色系の半導体発光素子)11と、緑色LED(緑色系の半導体発光素子)12と、青色LED11及び緑色LED12を表面上にAgペースト等で接着実装した基板13と、基板13上で青色LED11及び緑色LED12を一体に被覆し黄色蛍光体14及び赤色蛍光体15とが分散混入された黄赤色封止樹脂16と、を備えている。
上記青色LED11は、例えば発光波長帯域が470〜490nmであるInGaN系化合物半導体を用いた高効率の青色発光ダイオード素子である。
また、上記緑色LED12は、例えば発光波長帯域が490〜520nmであるInGaN系又はGaP系化合物半導体を用いた高効率の緑色発光ダイオード素子である。
また、上記緑色LED12は、例えば発光波長帯域が490〜520nmであるInGaN系又はGaP系化合物半導体を用いた高効率の緑色発光ダイオード素子である。
上記基板13は、例えば略直方体形状のガラスエポキシ基板、BTレジン基板、セラミックス基板やメタルコア基板等の絶縁性基板であり、外部との接続用電極(図示略)のパターンが形成されている。
なお、青色LED11及び緑色LED12と基板13との電気的接続については、図示を省略しているが青色LED11及び緑色LED12の各電極と、基板13上に形成された接続用電極とを、Agペースト等の導電性接着材料やワイヤーボンディングによるワイヤー等で接続することにより電気的に導通させている。
なお、青色LED11及び緑色LED12と基板13との電気的接続については、図示を省略しているが青色LED11及び緑色LED12の各電極と、基板13上に形成された接続用電極とを、Agペースト等の導電性接着材料やワイヤーボンディングによるワイヤー等で接続することにより電気的に導通させている。
上記黄色蛍光体14は、青色LED11からの青色光を励起光として吸収して黄色系の蛍光を発する粒子状の蛍光体材料であって、例えば、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系、デルビウム系、ストロンチウム系、リン酸塩系、ケイ酸塩系、アルミン酸塩系等の蛍光体が用いられる。
また、上記赤色蛍光体15は、緑色LED12からの緑色光を励起光として吸収して赤色系の蛍光を発する粒子状の蛍光体材料であって、例えば、Eu2+(ユーロピウム)固溶のCaAlSiN3(カルシウム・アルミニウム・シリコン三窒化物)蛍光体等が用いられる。従来から知られているブラウン管等に使われている酸化イットリウムを母体とする赤色蛍光体は、電子線や紫外線ではよく蛍光を発するが、可視光ではほとんど蛍光を発しない。しかしながら、上記Eu2+固溶のCaAlSiN3蛍光体は、青色光から緑色光までの励起光に対して上記紫外用赤色蛍光体と同等の高い発光強度で赤色光を発する蛍光体であり、第1参考技術に好適な赤色蛍光体である。
上記黄色蛍光体14及び赤色蛍光体15を含有する黄赤色封止樹脂16は、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂等の透明樹脂を主とするものである。この黄赤色封止樹脂16は、用途に応じて略直方体状又は砲弾型にモールド成型される。
このように第1参考技術では、青色LED11からの青色光と、黄色蛍光体14からの黄色光と、緑色LED12からの緑色光と、赤色蛍光体15からの赤色光と、をそれぞれ放出することで、RGBの光の三原色及び青色と補色関係の黄色が得られて、優れた演色性を有することができる。また、青色LED11及び緑色LED12でそれぞれ黄色蛍光体14及び赤色蛍光体15を励起することにより、効率的に高い光度を得ることができると共に、青色LED11及び緑色LED12の相互の発光強度を調整することにより、演色性や色温度の調整が可能となる。
次に、本発明に係る一実施形態の発光装置を、図2を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態および参考技術の説明において、上記第1参考技術において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
第1参考技術と本発明に係る一実施形態(以下、本実施形態と称す)との異なる点は、第1参考技術では黄色蛍光体14及び赤色蛍光体15とが分散混入された黄赤色封止樹脂16が、青色LED11及び緑色LED12を一体に被覆しているのに対し、本実施形態の発光装置20では、図2に示すように、黄色蛍光体14が分散混入された黄色封止樹脂26Aにより青色LED11が被覆された青黄発光部21と、赤色蛍光体15が分散混入された赤色封止樹脂26Bにより緑色LED12が被覆された赤緑発光部22と、を備えている点である。
すなわち、本実施形態では、黄色蛍光体14と赤色蛍光体15とがそれぞれ黄色封止樹脂26A及び赤色封止樹脂26Bに分けられて互いに密接して配されている。第1参考技術のように黄赤色封止樹脂16により青色LED11及び緑色LED12が一体に被覆される場合では、それぞれのLEDの励起光で得られた蛍光が、組み合わせの異なる蛍光体に遮られてしまい、その分の光度が減少してしまう。これに対して、本実施形態では、黄色蛍光体14と赤色蛍光体15とが個別に青色LED11の青色光及び緑色LED12の緑色光で励起されるので、効率的に黄色蛍光及び赤色蛍光を得ることができると共に、他の蛍光体に遮光されてしまうことを抑制することができる。
次に、本発明に係る第2及び第3参考技術を、図3及び図4を参照しながら説明する。
第2参考技術と本実施形態との異なる点は、本実施形態では青黄発光部21と赤緑発光部22とが密着状態に隣接しているのに対し、第2参考技術の発光装置30では、図3に示すように、青黄発光部21と赤緑発光部22とが所定間隔を空けて隣接して配されている点である。すなわち、第2参考技術では、隣接する青黄発光部21と赤緑発光部22との間に間隔が空けてあるため、一方の蛍光体で発した蛍光を他方の蛍光体が遮ることを緩和することができる。
第3参考技術と第2参考技術との異なる点は、第2参考技術では青黄発光部21と赤緑発光部22との間に空間を設けて間隔が空けてあるのに対し、第3参考技術の発光装置40では、図4に示すように、青黄発光部21と赤緑発光部22とが光を遮蔽する隔壁部41を介して隣接して配されている点である。すなわち、第3参考技術では、隔壁部41が青黄発光部21と赤緑発光部22との間に配されてこれらを分断することで、相互の光の侵入を防いで光の混ざり込みを防止するので、より他方の蛍光体による遮光を防止することができる。なお、隔壁部41は、例えばプラスチック材や金属材等で形成されている。また、隔壁部41の表面を、鏡面処理したり、反射膜を形成したりすれば、隔壁部41の表面を反射面とすることができ、より高い光度を得ることができる。
次に、本発明に係る第4及び第5参考技術について、図5及び図6を参照して以下に説明する。
第4参考技術と第2参考技術との異なる点は、第2参考技術では、青黄発光部21と赤緑発光部22とが一つの基板13上に接着されているのに対し、第4参考技術の照明装置では、図5に示すように、青黄発光部21が青黄側基板53上に接着された青黄側パッケージ51と、赤緑発光部22が赤緑側基板54上に接着された赤緑側パッケージ52と、からなる発光装置50が、マザーボード(回路基板)55上に固定されている点である。
なお、青黄側基板53及び赤緑側基板54は、例えば略直方体形状のガラスエポキシ基板、BTレジン基板、セラミックス基板やメタルコア基板等の絶縁性基板であり、マザーボード55との接続用電極(図示略)のパターンが形成されている。また、マザーボード55には、青黄側基板53及び赤緑側基板54の接続用電極と電気的に接続される回路パターン(図示略)が少なくとも実装面に形成されている。
すなわち、第4参考技術では、青黄側パッケージ53と赤緑側パッケージ54とからなる発光装置50がマザーボード55上に搭載されて照明装置を構成している。このように本実施形態では、高光度で演色性に優れた発光装置50をマザーボード55上に実装しているので、演色性に優れた白色光により、種々の機器における液晶ディスプレイのバックライトや照明光源として対象を良好に照明することができると共に、照明の際に演色性や色温度の調整が可能となる。
第5参考技術と第4参考技術との異なる点は、第4参考技術では、青黄発光部21が青黄側基板53上に接着された青黄側パッケージ51と、赤緑発光部22が赤緑側基板54上に接着された赤緑側パッケージ52と、をマザーボード55上に実装しているのに対し、第5参考技術では、図6に示すように、青黄発光部21と赤緑発光部22とからなる複数の発光装置60が直接マザーボード(回路基板)65上に接着固定されている点である。なお、マザーボード65には、青色LED11及び緑色LED12とAgペースト等の導電性接着剤及びワイヤーボンディングのワイヤー等を介して電気的に接続するための電極パッド(図示略)及び回路パターン(図示略)が形成されている。
すなわち、第5参考技術では、複数の発光装置60をマザーボード65上にアレイ状に実装することで、高輝度で広面積の液晶ディスプレイのバックライト等に好適な光源とすることができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、半導体発光素子として青色LED11及び緑色LED12を用いたが、青色LD(半導体レーザ)及び緑色LDを適用しても構わない。
また、上記発光装置10、20、30、40、50、60及びこれを用いた照明装置は、広面積の液晶ディスプレイのバックライト以外に、携帯電話等の小面積液晶ディスプレイの導光板照明やメータ類又はインジケータ類のバックライトユニット等の種々の照明光源に適用しても構わない。
また、上記発光装置10、20、30、40、50、60及びこれを用いた照明装置は、広面積の液晶ディスプレイのバックライト以外に、携帯電話等の小面積液晶ディスプレイの導光板照明やメータ類又はインジケータ類のバックライトユニット等の種々の照明光源に適用しても構わない。
11…青色LED(青色系の半導体発光素子)、10、20、30、40、50、60…発光装置、12…緑色LED(緑色系の半導体発光素子)、14…黄色蛍光体、15…赤色蛍光体、16…黄赤色封止樹脂、21…青黄発光部、22…赤緑発光部、26A…黄色封止樹脂、26B…赤色封止樹脂、41…隔壁部、55、65…マザーボード(回路基板)
Claims (3)
- 青色系の半導体発光素子と、
緑色系の半導体発光素子と、
前記青色系の半導体発光素子からの青色光を励起光として吸収して黄色系の蛍光を発する黄色蛍光体と、
前記緑色系の半導体発光素子からの緑色光を励起光として吸収して赤色系の蛍光を発する赤色蛍光体と、を備え、
前記黄色蛍光体が分散混入された黄色封止樹脂により前記青色系の半導体発光素子が被覆された青黄発光部と、
前記赤色蛍光体が分散混入された赤色封止樹脂により前記緑色系の半導体発光素子が被覆された赤緑発光部と、を備え、
前記黄色蛍光体と前記赤色蛍光体とが、それぞれ前記黄色封止樹脂及び前記赤色封止樹脂に分けられて互いに密接して配されていることを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置において、
前記青色系の半導体発光素子の発光波長帯域が、470〜490nmであり、
前記緑色系の半導体発光素子の発光波長帯域が、490〜520nmであることを特徴とする発光装置。 - 請求項1または2に記載の発光装置において、
前記赤色蛍光体が、Euが固溶したCaAlSiN3蛍光体であることを特徴とする発光装置。
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